模拟气候变化对高寒草地物候期、生产力和碳收支的影响
物候期是影响高寒草地植物生产力和碳收支过程的关键因素。气候变化条件下，厘清高寒草地物候期、生产力、群落结构以及碳收支之间的关系，有助于确定高寒草地生态系统结构与功能对气候变化的响应机制。为了明确气候变化对高寒草地生态系统的综合影响，揭示高寒草甸和人工草地对气候变化的差异性响应，本文对藏北高寒草甸和人工草地进行了为期5年的模拟增温和2年的春季增温增水实验，测定了植物物候期、叶片性状、群落结构与组成、生产力、土壤碳氮含量、CO2交换和凋落物分解速率。发现春季温度和水分共同决定植物物候期。在春季丰水年，增温促进植物返青期和繁殖期提前(p＜0.05)，增水则对其无显著影响(p＞0.05);在春早年份，增温导致植物物候期推迟，生长季长度显著缩短，而增水可以部分抵消增温对返青期的负面影响。增温和增水均不同程度增加高寒草甸植物植株高度和叶面积。增温导致莎草科植物比例缩小，并被禾本科植物和杂类草替代。在高寒草地，由于增温导致植株高度升高，从而使生产力增加;但随着增温年限延长，高梯度增温处理条件下种间竞争加剧、土壤水分大幅降低，导致植被盖度降低，从而降低甚至抵消了植株高度升高对生产力的正效应。春季增水对植物生产力也具有促进作用，并且在春季干旱年份的增水效应显著高于春季丰水年。增温显著增加了高寒草甸和人工草地生产力稳定性(p＜0.05)，说明增温不仅维持了较高的高寒草地生产力，并且降低了其年际波动。植物返青期对植物生产力和多样性的影响较小，植物生产力主要受环境因子的直接影响以及温湿度改变引起的群落结构变化的间接影响。增温条件下高寒草甸NEE(生态系统净交换，Netecosystem CO2 exchange)无显著变化(p＞0.05)，人工草地NEE显著降低(p＜0.05);天然草甸在开垦为人工草地后由于其土壤理化性质发生显著改变，土壤呼吸和冠层呼吸均显著升高，从而其碳排放明显增加;而增温引起的土壤水分降低导致其碳储存能力进一步降低。综上所述，在增温引起的干旱导致植物物候期推迟的情况下，高寒草甸生态系统可在短时间内迅速反应，充分利用雨季的水热条件，通过增加植株高度和叶面积来促进植物生产力和碳吸收增加;但在高温处理条件下，随着增温时间延长，种间竞争进一步加剧，降低了增温对群落的效应，从而维持生态系统相对稳定。与天然草甸相比，人工草地生态系统应对气候变化能力较弱，增温对其多为负面影响;其中，增温条件下NEE和土壤碳含量降低将对人工草地带来巨大的冲击。
气候变化;高寒草地;物候;生产力;碳收支
中国农业科学院
博士
农业气象与气候变化
林而达
2017
中文
S812
119
2017-12-19（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）